Введение к работе
Актуальность темы исследования. Уголь занимает важное место в энергетике, металлургии и бытовом обслуживании населения. Сейчас добычу угля осуществляют 50 стран мира, а потребляют уголь 70 стран. Добыча угля в России за 2012 г. составила 354,4 млн. т. Подземным способом в 2012 г. добыто 105,9 млн. т угля. Удельный вес открытого способа в общей добыче составил 70,1%.
Прогнозируется ощутимое увеличение удельного веса добычи энергетического угля. Это намечено и в утвержденной Правительством РФ «Программе перспективного развития электроэнергетики до 2030 г.» и в «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 г.» Согласно этим документам в 2020 г. спрос на электроэнергию может вырасти более чем в два раза и составить 2000 млрд. кВтч.
Топливный баланс России по-прежнему остался газоориентированным. Более половины своих потребностей в энергоносителях Россия обеспечивает природным газом. Доля угля в выработке электроэнергии составляет 28%. Большинство российских угольных ТЭС имеют физически и морально устаревшее оборудование, не соответствующий современному технологическому уровню КПД 34-38% и высокий процент вредных выбросов
К основным технологическим и социальным проблемам угольной отрасли относятся: низкая замыкающая энергетическая эффективность традиционных технологий угледобычи (не более 10%), значительный объём проведения горных выработок, высокие потери полезного ископаемого в недрах, повышенная экологическая нагрузка на окружающую среду, повышенные показатели травматизма трудящихся.
Производительность труда в России, по мнению аудиторско-консалтинговой группы «Финэкспертиза», почти в 5 раз ниже, чем в технологически развитых странах. Так, в США производительность труда в угледобыче в последние годы была выше, чем в России в 8 – 10 раз.
В России добыча 1 млн. т угля сопровождается сбросом в открытые водоемы 3,22 млн. м3 загрязненных сточных вод, выдачей и размещением на дневной поверхности 1,48 млн. м3 вскрышных пород, нарушением 10,2 га земельных угодий, выбросом в атмосферу 2,93 тыс. т вредных веществ. Выбросы оксидов серы и азота на пылеугольных ТЭС превышают нормы во много раз: их токсичная кратность составляет соответственно (40120)103 и (530)103. Остро стоит проблема секвестрации СО2 на ТЭС.
Наличие недостатков в технологиях традиционного топливно – энергетического комплекса России требует развития новых, интегрированных технологий разработки угольных месторождений, например - на основе выработки газового топлива из угля, и использования высокоэффективных электрогенерирующих установок, работающих по принципу комбинированного цикла с КПД 0,48 - 0,52. Для этого необходима разработка новой методической базы для проектирования таких сложных, интегрированных угле-энергетических систем. При этом должны быть учтёны исследования и вклад выдающихся учёных – горняков в область проектирования горно-технических систем: Л. Д. Шевякова, М. И. Агошкова, К. Н. Трубецкого, Д. Р. Каплунова, В. В. Ржевского, К. К. Кузнецова, В.М. Еремеева Б. М. Воробьёва, Д. М. Казикаева, М.И. Устинова, А.И. Митейко, В.Н. Фрянова, А.С. Малкина и др.
В связи с вышеизложенным научные исследования в области совершенствования методической базы проектирования более энергетически и экологически эффективных горно-технических систем являются актуальными.
Целью диссертации является разработка методической основы концептуального проектирования горно-энергетических систем, объединяющих технологии добычи и переработки угля в газовое топливо, и использование его для генерации электрической и/или тепловой энергии в едином комплексе.
Идея диссертации заключается в интеграции угледобывающих и энергогенерирующих систем для обеспечения высоких технических и экологических показателей использования энергетического сырья и применения системного анализа для разработки методических основ проектирования нетрадиционных локальных углегазоэлектрических комплексов.
, выносимые на защиту:
Необходимость включения концептуального проекта в структуру проектирования интегрированных горно-энергетических комплексов, объединяющих процессы добычи угля, его переработки в газовое топливо, совместной добычи угольного метана и генерации электрической и/или тепловой энергии, требует разработки методики расчёта (оценки) как топливно-энергетических и газодинамических параметров, так и учёта эколого-охранных показателей.
Теоретической основой выбора эффективных параметров строительства и эксплуатации локальных углегазоэлектрических комплексов является экономико- математическое моделирование решения задач минимизации расходов на их строительство и эксплуатацию и оптимизации затрат ЛУГЭК, связанных с его эксплуатацией и охраной окружающей среды, по фактору удельной стоимости углеродной квоты.
Определение производственной мощности ЛУГЭК, расхода и состава газового топлива, получаемого от подземной или наземной газификации угольных пластов, а также стоимостных показателей, при проектировании следует производить в соответствие с разработанными алгоритмами и методиками расчёта его параметров, прибыли и срока окупаемости инвестиций.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным анализом отечественного и зарубежного опыта эксплуатации интегрированных углеэлектрических комплексов с высокой энергетической и экологической эффективностью, использованием экономико-математического моделирования при обосновании проектных решений и сходимостью результатов оценки стоимостных показателей проектов прогрессивных аналогов с данными отечественного пилотного проекта локального углегазоэнергетического комплекса (ЛУГЭК).
заключается в теоретическом обосновании неизвестных ранее методик разработки концептуального проекта ЛУГЭК как для привлечения инвестиций для их реализации, так и для разработки программ развития региональной энергетики и перспективного планирования энергообеспеченности угленосных регионов.
Научное значение работы состоит в разработке алгоритмов и методики применения экономико-математического моделирования к решению задач оптимизации технико-экономических параметров ЛУГЭК с учётом экологического фактора и потоков его продукции.
Практическое значение заключается в разработке расчётного механизма производственной мощности и базовых газодинамических параметров ЛУГЭК, а также оценки его технико-экономических показателей.
Реализация выводов и рекомендаций. Выводы и рекомендации диссертации использованы в Концептуальном проекте «Освоение Черногорского угольного месторождения с использованием технологий локальных углегазоэлектрических комплексов. М, МГГУ, ИЭУСП, 2013 г.», утвержденном ООО «СУЭК – Хакасия».
Апробация работы. По результатам выполненных исследований сделаны доклады на: научно-технических конференциях «Неделя горняка» (МГГУ, 2012, 2013 гг.), Международных конференциях «Бурение, нефть и газ» (Краковская горно-металлургическая академия, 2011, 2012 гг.), семинарах кафедры ПРПМ МГГУ (2012, 2013гг.) и Учёном Совете НОУ ВПО Институт экономики и управления в строительстве и промышленности (2013г.)
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 5 научных работах, из которых 3 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 2 – в международных изданиях.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 81 наименования и двух приложений; включает 46 рисунков и 50 таблиц.
Автор выражает благодарность профессорам МГГУ Ю. Ф. Васючкову, Б. М. Воробьёву и В. В. Мельнику, а также коллективу кафедры ПРПМ за оказанную помощь и консультации в работе над диссертацией.
